Einfachere Herstellung organischer Halbleiter nun möglich
Halbleiter-Bauelemente werden in vielen Bereichen wie Mikrochips oder Solarzellen eingesetzt. In den letzten Jahren wurden verstärkt auch organische Halbleitermaterialien untersucht und weiterentwickelt. Nun ist es einem universitätsübergreifenden Forscherteam gelungen, organische Halbleiter mit negativen Ladungen zu dotieren, was die Effizienz und Lebensdauert der Halbleiter deutlich erhöht und ihre Herstellung erleichtert.
04.12.2017
Für interessante Anwendungen benötigt man sowohl sogenannte p-dotierte als auch n-dotierte Halbleiterschichten, die miteinander zu den entsprechenden Bauelementen kombiniert werden. Bei organischen Halbleitern ist es jedoch extrem komplex, eine n-Dotierung zu erreichen. Denn dies erfordert den Einbau einer bestimmten Klasse von organischen Moleküle, welche sich unter normalen Umgebungsbedingungen (Sauerstoff, Feuchtigkeit) sehr rasch zersetzen.
Zwei Schritte zum Erfolg
In einem jüngst in Nature Materials erschienenen Beitrag, hat ein deutsch-amerikanisches Team einen neuen Ansatz ausprobiert, um organische Halbleiter mit n-Molekülen zu dotieren. An der Arbeit waren Gruppen aus dem Georgia Institute of Technology, der Princeton University, der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) sowie dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) beteiligt.
Der neue Ansatz besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wurden organometallische Moleküle, die n-Dotanden, zu einem so genannten Dimer verbunden. Dieses gekoppelte Molekül ist im Gegensatz zu den Ausgangsmolekülen relativ stabil und lässt sich unzerstört in den organischen Halbleiter einbringen; allerdings eignet es sich nicht als n-Dotand und setzt keine negativen Ladungen frei.
Der revolutionäre zweite Schritt bestand nun darin, das Gemisch zu beleuchten. Die einfallenden Photonen zerlegen die Dimere in einem Mehrstufenprozess wieder in die aktiven Ausgangsmoleküle, die dann ihre Wirkung als n-Dotanden voll entfalten konnten.
Leitfähigkeit und Lebensdauer gesteigert
“Durch die Aktivierung der Dotanden mit Licht konnten wir die Leitfähigkeit von organischen Halbleitern um fünf Größenordnungen steigern! Dies könnte die Effizienz von organischen Leuchtdioden und Solarzellen deutlich erhöhen”, sagt Prof. Antoine Kahn von der Princeton University, der das Projekt koordinierte.
“Diese Forschungsarbeit ermöglicht eine weitaus einfachere Herstellung von n-dotierten organischen Halbleitermaterialien für vielfältigste Anwendungen. Dabei kann der kritische Schritt - nämlich die Zerlegung der Dimer-Moleküle mit Licht – auch nach der Verkapselung geschehen – so dass die Dotier-Moleküle geschützt bleiben. Dies wird auch die Lebensdauer solcher Bauelemente erhöhen”, erklärt Prof. Norbert Koch, der die gemeinsame Forschungsgruppe „Molekulare Systeme“ von HU Berlin und HZB leitet.
